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无人驾驶需要各种技术支撑

最近,无人驾驶逐渐成为热度居高不下的话题;或许对于一般消费大众来说,那仍是个距离有点遥远的未来产品,但对于想在已经衰退的PC市场以及成长趋缓的手机市场之外寻找新商机的半导体厂商,已经将之视为绝对不可错过的商机。

 

这是一个不能与传统「汽车电子」市场画上等号的新世界,无人驾驶技术──包括实现Level 3、4、5以上全无人驾驶车辆之前不断精进的先进驾驶辅助系统(ADAS)──颠覆了整个汽车产业生态链,让车厂与一阶(Tier 1)汽车零组件供应商之间的伙伴关系发生改变,新技术加入所催生的新联盟,随时有可能出现取代旧有的联盟;尽管市场局势变得有些浑沌不明,但同时也意味着原本保守、封闭的汽车产业,有了许多让「新手」发挥的空间。

 

如市场研究机构Linley Group的资深分析师Mike Demler所言:「汽车产业在历史上就一直是个庞大的生态系统网路,有多个不同层级的供应商,没有单一家公司能提供所有东西;」而尽管现阶段大多数车厂的无人驾驶车辆开发还在起步阶段,甚至仍在评估技术的过程,目前我们在市面上已经能看到至少十种来自不同的阵营的ADAS/无人驾驶车辆平台(如表1)。789be153-4ae8-44bc-aefc-d4f02d7422f1.jpg

表1:各种无人驾驶平台

那么无人驾驶车辆究竟何时实现?对于这个总被一再问起的题目,恩智浦半导体(NXP)汽车微控制器暨处理器事业部亚太市场总监易生海的回答是,Level 4/5全自动化驾驶的车辆,不只有复杂的技术,所牵涉的层面也更广泛(包含交通法规、通信基础建设…等等),关键或许不在于它是否会实现、何时实现、如何实现,而是在于一般消费者能多快、甚至是否愿意采用,因此目前看来Level 2 /3无人驾驶车辆是最现实可行;但他也强调,无论如何,确保「安全(safe & secure)的移动」是最重要的前提。

 

确实,ADAS/无人驾驶技术的终极目标,就是以电子技术协助驾驶人排除任何行车盲点与人为操作失误的可能性,甚至直接用机器驾驶取代人类,期望能实现「零事故」的交通安全;而这些为了让乘客安全移动的解决方案,在设计时所需要遵循的安全标准,也会比其他任何电子系统更高

 

而如同传统手机过渡到智能手机的变革,汽车产业在迈向连网汽车与无人驾驶的过程中,为传统以机械为主的交通工具带来诸多新技术,特别是确保驾驶安全的传感器以及射频(RF)与无线通信等技术不断融合于车辆中,从而提高了车载电子系统的复杂度。

 

美国国家仪器(NI)亚太区市场经理久保法晴(Michiharu Kubo)指出,随着各种创新技术导入汽车产业,业界在开发智能连网与无人驾驶系统时面对着更多技术融合、车辆更新迅速以及降低测试成本等挑战。

 

根据市场研究机构ABI Research的调查报告,车载信息娱乐系统(IVI)的出货量正逐年提高,预计在2015~2020年间将以31%的CAGR成长,而同期间的平均销售价则将持续降低(11%)。同样的,ADAS也正随市场出货增加而价格降低的趋势。这表示,汽车产业正为制造商带来大量的机会,同时也因为系统价格降低而使其面对如何在验证与测试更多I/O与无线标准时降低成本的挑战。

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车载信息娱乐系统出货量正逐年提高,而其平均销售价则持续降低

 

久保法晴指出,目前主要的车用测试平台最佳方式(best practice)——包括桌面算法测试(desktop algorithm testing),以及车载测试与调谐(in-vehicle test & tuning),都必须针对传感器I/O (包括撷取雷达讯号的RF收发器、CAN通信介面与摄影机Serdes等)、高速数据汇流排(通过CPU或FPGA将来自传感器I/O的信号同步传送至储存媒体)以及RAID磁区(可选择单一硬碟或高速RAID磁区储存大量资料)等三项核心元素进行测试。

 

特别是传感器以及传感器融合是推动业界迈向无人驾驶道路的重要趋势之一。久保法晴说:「因为更多的传感器能够让驾驶人清楚掌握车辆周遭环境的情况。例如,在ADAS中的雷达有助于决定物体的位置,而摄影机则能告诉驾驶人这个物体是什么。因此,当这两种传感器融合并同步传送至电子控制模组(ECU)时,将有助于ECU决定接下来采取什么行动。」

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随着各种确保驾驶安全的传感器以及RF与无线通信等技术不断融合于车辆,提高了车载电子系统的复杂度

然而,当各种传感器与通信技术导入车辆,如何管理大量的数据资料也是一大考验。「特别是当ADAS将雷达等传感器信号传送至ECU进行处理时,庞大的数据量对于ECU是一个很大的负担,因此必须为嵌入式软件开发出更好的ADAS与V2X演算法并进行测试,再传送至ECU,才能减轻ECU的工作负载,从而提升效率。」久保法晴引用IHS的调查资料强调,目前有高达90%的车载创新都来自于电子产品,而大部份的车载元件信号都必须经由嵌入式软件进行处理。

 

为了落实ADAS与V2X,预计在未来5年内,高达94%的新车销售都将会是连网汽车,汽车工程师势必将面对更多的RF、雷达等各种信号处理,同时还必须实际进行路测与硬件回路测试(HIL),才能开发出可执行于ECU的理想演算法。

 

至于进一步的无人驾驶发展,无人驾驶涉及安全性,因此,除了技术开发以外,更仰赖于政府的法规;当政府立法后,就会有更多的车商投入无人驾驶的开发。

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